天文学家探测到有史以来最古老的黑洞

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天文学家探测到有史以来最古老的黑洞

作者：Roberto Maiolino 来源：《自然》 发布时间：2024/1/19 10:07:18

研究人员发现了有史以来观测到的最古老的黑洞，可以追溯到宇宙诞生之初，并发现它正在“吞噬”其宿主星系直至死亡。

由英国剑桥大学领导的国际研究团队，使用詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）探测到了这个黑洞，该黑洞可以追溯到宇宙大爆炸之后的 4 亿年，也就是 134 亿年前。该研究的主要作者、剑桥大学天体物理学教授 Roberto Maiolino 称其为“一个巨大的飞跃”。1 月 17 日，研究结果发表在《自然》上。

“这是迄今为止所看到的最遥远的黑洞。它比目前所见到的大多数黑洞都要小，但在所探测到的早期宇宙纪元，它的质量已经相当大了（质量是太阳的几百万倍）。很难解释这样一个大质量黑洞是如何在宇宙中如此早、如此快速地形成的。”Roberto Maiolino 在接受《中国科学报》采访时说。

这个惊人的大质量黑洞竟然存在于宇宙的早期，这对我们关于黑洞形成和生长的假设提出了挑战。天文学家认为，在银河系等星系中心发现的超大质量黑洞，是经过数十亿年才发展到现在的大小的。但这个新发现的黑洞的大小表明，它们的形成方式有所不同。

Roberto Maiolino 说：“在宇宙中看到如此巨大的黑洞只是个开始，我们必须思考它们形成的其他方式。非常早期的星系有着极其丰富的气体，它们就像是黑洞的自助餐。”

该黑洞位于一个名为 GN-z11 的年轻星系中。像所有黑洞一样，这个黑洞正在“吞噬”来自它的宿主星系的物质，以助其成长。

Roberto Maiolino 向记者介绍，这个黑洞“吞噬”物质的速度远远高于其他大多数黑洞，这提供了一个关于它是如何形成的线索，可能以比理论预想的高五倍的速度“吞噬”物质。另一种可能的情况是，黑洞“生来就那么大”，这是由巨大的原始气体云直接塌缩而产生的结果。


GN-z11 位置图  Roberto Maiolino 供图

GN-z11 是一个紧凑的星系，大约比银河系小 100 倍，黑洞很可能会阻碍该星系的发展。当黑洞消耗过多的气体时，会产生一股超高速的“风”。这种“风”可以阻止恒星形成的过程，慢慢地杀死星系，但它也会杀死黑洞本身，因为它会切断黑洞的“食物”来源。

Roberto Maiolino 说，JWST 的高敏感性意味着在未来的日子里，可能会发现更古老的黑洞。Roberto Maiolino 和他的团队希望通过 JWST 未来的观测，试图找到更小的黑洞“种子”，这可能有助于解开黑洞形成的不同方式：它们是一开始就很大，还是成长得太快。

（来源：中国科学报 张晴丹）

相关论文信息： https://doi.org/10.1038/s41586-024-07052-5